某煤运铁路工程延安地区工程地质选线

　　

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

1　概述

某拟建煤运铁路工程自靖边经过安塞、姚店，进入宜川，主要经过延安、延长、宜川煤矿区。该区域东汉时就发现有石油，用以燃灯照明，采掘煤炭不晚于宋代。1936年本区域即有官办采油厂1个，煤窑4个，解放后又建成了很多国有大型煤矿和其他中小型煤矿，再加上一些私自开采的掏煤洞，因此拟建铁路方案受煤矿采空区的影响很大。另外该区还存在大量的黄土滑坡、错落、崩塌等不良地质和其他特殊岩土问题。如何通过合理的调绘和勘察手段进行工程地质选线，是该段线路选线的重要环节。

2　区域工程地质特征

2.1　地形地貌

延安地区位于陕北黄土高原中部，黄河中游，属黄土高原丘陵区。地势西北高东南低，平均海拔在1 200 m。北部的白于山海拔1 600～1 800 m，全区最大高差达到1 400 m。北部以黄土梁峁、沟壑为主，南部以黄土塬为主。

2.2　地层

该区位于陕甘宁盆地东南斜坡，没有中生代以前的老地层出露。自中生代以来，沉积了一套巨厚的陆相地层。自东而西依次出露三叠系纸坊群、延长群，侏罗系延安组、直罗组、安定组，白垩系志丹群，以及广泛覆盖在它们之上的第三系上新统、第四系更新统(黄土)和全新统(冲积层)地层，新黄土具湿陷性。

2.3　地质构造

该区属陕甘宁台坳I1，又称鄂尔多斯盆地，是一个经历多旋回构造发展，最终形成的具有多次坳陷叠加的中生代盆地，构造相对简单，褶皱和断裂不发育。在单斜构造的背景下，沉积岩层发育表现为东老西新，东薄西厚的特点。区域局部发育一些小型背斜、褶曲褶曲都是由一些面积不大，幅度很小，展布不定的穹窿、鼻状、短轴背斜组成。褶曲大都为北北东或北东向，少量近东西向，个别北西向。他们的两翼往往不对称，多数西翼及西北翼陡，东翼及东南翼缓。翼部倾角一般1°～3°，陡的达5°～7°。

2.4　水文地质

地面河流较发育，地表水流均属于黄河水系，主要支流有洛河、延河、清涧河(在上游子长境内称秀延河)、汾川河、仕望河。地下水分为第四系全新统冲、洪积层孔隙弱富水含水层，第四系中上更新统黄土孔隙极弱富水含水层，新近系上新统静乐组红土隔水层，侏罗系下统延安组砂岩含水层，三叠系上统瓦窑堡组中部裂隙承压含水层等五个含、隔水层。

3　影响线路方案的主要因素

3.1　煤矿采空区

延安地区煤矿具有多期多层多种方法开采的特点，勘探难度较大。结合现场实际情况，确定了通过收集资料、现场调查后，对重要段落进行物探、钻探验证，再对沿线煤矿及小煤窑采空情况进行综合分析研究的工作方法。

三叠系煤田主要分布在本区北部和中东部，煤层赋存于三叠系延长群瓦窑堡组。中心区(子长矿区)已探明地质储量8.02亿t，预测储量达21.28亿t。延长、安塞、甘泉、富县、黄龙等县分布的煤层厚度在1 m以下，俗称尺八煤，探明储量0.31亿t，预测储量44.36亿t。三叠系延长群瓦窑堡组煤系地层一般出露于两个地带，其一子长至延川，呈西北至东南向伸展，其二自延安向北伸展，两个地带呈人字形交叉与子长以北地区。以子长为中心，延川和延安北部贯屯一带为聚集中心区，含煤层数多，且厚度较大，向北、向东、向南，煤层皆变薄，且稳定性也差。延安地区共含煤8～15层，普遍含8层，为1-6号及5-1、5-2号煤，其中3、4、6三个煤层最好，厚度和结构较为稳定。3号煤分布于青化砭以南的白坪、丈子沟清水沟一带。4号煤主要分布在李渠、川口，从朱家沟到川口的马四川沟的延河南岸较稳定。6号煤分布在上部，由于后期剥蚀作用，在蟠龙瓷窑沟以南被剥蚀，仅存于北部。以上3个煤层为区内主要产煤煤层，其余煤层均薄且不稳定，仅局部开采。

延安地区的矿井及煤窑开拓采用竖井、斜井、平峒和露天开拓等形式。解放前开采的多为沿露头平峒开挖，或用小斜井人力背，或者采用竖井，利用轱辘提绞出煤。20世纪60年代开采的煤窑主要采用平峒和竖井两种，在埋藏浅、露头发育的地方多采用平峒开采，如牛武、小寺庄、石马科、清水沟等矿井，不适合采用平峒的则采用竖井；20世纪70年代开始利用斜井开采，如子长南家咀、栾家坪和车村、贯屯、黄陵南川一号等上规模的矿井。20世纪80、90年代绝大多数大矿都采用斜井开采，只有少数采用竖井；小矿及小煤窑则多采用竖井。

该区域采空区可分为两类，一类是合法开采的大型煤矿，大部分目前仍在开采，线路附近主要煤矿有延长县石马科煤矿整合区、宝塔区建设煤矿整合区、宝塔区条则沟煤矿整合区、宝塔区青化砭镇后丈子沟煤矿整合区、宝塔区青化砭镇后林坪煤矿整合区、宝塔区四咀煤矿整合区、延安贯屯煤矿，多采用斜井方式开采。大型煤矿均有较为准确的资料，能基本确定采空区位置范围。蟠龙镇取直方案斜切石马科煤矿、林坪煤矿、四咀煤矿及贯屯煤矿一角。青化砭方案对上序煤矿全部予以绕行。

另一类是各个时期私采乱挖的掏煤洞、小煤窑，无采矿权及任何资料，多采用平峒及竖井方式开采。这类采空现在基本都已废弃，多数地表已经没有痕迹，只能通过现场调查走访了解大概情况。野外大面积排查了约120 km2，涉及121个村161个点，在物探成果的基础上，布置了部分钻探验证工作，初步查明沿线小煤窑主要分布在姚店、青化砭、蟠龙3镇，元龙寺乡有少量小煤窑及掏煤洞点。线路两侧约有67个小煤窑、掏煤洞点。蟠龙镇方案在贺家沟、东赵家沟、七郎庙村穿越部分小煤窑。青化砭方案在梁村一带部分小煤窑。所穿越的小煤窑采空深度均不大，一般埋深小于15 m，可注浆处理。

3.2　黄土滑坡等其他不良地质因素

铁路走行于黄土高原区，发育浅层黄土滑坡、崩塌，多为中小型滑坡，延安宝塔区,子洲县，子长县分布小—中型滑坡群、小滑坡群。在降雨、人工开挖情况下，易形成崩塌、错落、滑坡等不良地质，分布无明显规律，且一般属规模不大的浅表型。在暴雨作用下，冲沟和河谷中易发生稀性泥流。

3.3　其他控制因素

沿线分布延长、长庆的油气井和输送管道，对线路干扰较大。结合航飞，调绘油气井位置，现场搜集资料，现场调查落实油气井位置，根据《铁路工程设计防火规范》的要求，线路应以满足防火安全距离通过。

4　线路方案研究

4.1　线路方案情况

该铁路线路走向除受采空、滑坡等不良地质控制外，还受油气井田、站位选择、桥隧比等制约因素控制。采空区段落选线一般对处理难度大的或者采空非常集中的，应以一定安全距离绕避，受其他因素控制必须穿越的，应该尽量避免以桥隧的形式通过。小型采空则可采取浅挖深注的方法进行处理。在大的线路走行控制下，该段线路主要有绕避大型采空区青化砭方案及局部取直穿越大型采空区蟠龙镇方案，两个方案线位走向及比选情况如图1所示。

4.2　地质选线意见

地质选线意见如表1所示。

图1　延安矿区方案比选示意

表1　线路方案比选情况

两个方各有优缺点，相比之下青化砭方案虽然展线长度较蟠龙镇方案略有增长，但是绕避了石马科煤矿整合区、林坪煤矿及贯屯煤矿等大型煤矿，降低了运营风险及大型采空区的处理和压矿补偿费用。

5　结论与建议

煤矿采空区对线路方案的影响很大，在在本项目的可研阶段，采用调绘和综合勘察手段查明了拟建铁路附近的采空、滑坡等不良地质问题，对于大型采空及滑坡，应予以绕避。

延安地区的小煤窑及掏煤洞分布范围广，其采空埋深较浅，处理难度小，费用低，对于无法绕避的掏煤洞采空区建议采用相对简单、易于修复的工程通过。

[1]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999

[2]TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]

[3]TB10027—2001铁路工程不良地质勘察规程[S]

[4]TB10038—2012铁路工程特殊岩土勘察规程[S]

[5]延安市煤炭工业局.延安煤炭志[R].延安：延安市煤炭工业局，2001

[6]铁三院.延安地区采空区调查报告[R].天津：铁三院，2012

[7]工程地质手册编写委员会.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004

[8]GB50090—2006铁路线路设计规范[S]